基于数字锁相放大的时栅传感器信号处理研究

针对时栅位移传感器对信号噪声和插补时钟频率稳定性敏感及需要时钟频率高的问题,提出了一种基于数字锁相放大技术的时栅位移传感器信号处理方法。该方法用STM32F4微处理器同步产生激励信号和采集时栅输出信号,不需采集正交参考信号,将正交参考信号和输出信号送入正交矢量型数字锁相放大器,实现角位移检测。研究了基于数字锁相放大技术的时栅传感器信号处理原理和算法,设计了A/D采集电路和窄带低通数字滤波器。仿真和试验表明:在信号噪声较大条件下,时栅位移传感器的误差控制在±1.1″以内,显著提高了精度。该方法只需采集一路感应信号即可实现传感器角位移检测,优化和简化了电路结构。     

精密光学斩波控制器设计

光学斩波控制器用于对光谱测量中入射光进行斩波调制,使入射光变为按一定频率变化的光信号,并提供参考频率信号,使后续锁相放大器对单色仪分光后的光信号进行锁相放大,实现对微弱光信号的检测。精密光学斩波控制器是微弱光信号测量中的关键部件之一,其斩波频率的稳定度及精确度是影响微弱信号放大的关键因素。以ARM单片机为核心,通过对斩波轮进行高精度转速测量,以分段式增量PID实现直流电机的PWM闭环控制,最终实现斩波轮转速的精密控制。实际应用表明,将该斩波器生成的脉冲作为锁相放大器的参考信号得到了令人满意的效果。     

光栅信号自适应调理系统设计

实际光栅干涉位移传感器输出正余弦信号由于光路、电路、环境误差的影响,存在非正交误差、不等幅误差和直流漂移误差,进而影响到位移传感器的计量精度。为了提高传感器的计量精度,本文设计了一种由微处理器、ADC、数字电位器及运算放大电路等构成的光栅信号自适应调理系统,采用硬件电路配合算法来实现光栅信号误差的实时调理。试验证明,该自适应调理系统对光栅信号误差具有较好的调理效果,能够显著改善信号质量,提高传感器的计量精度。     

基于数字锁相的脉冲磁体阻抗测量系统的研究

电阻和电感的精确测量对于磁体的设计和分析具有重要意义.文中阐述了数字锁相放大技术测量脉冲磁体阻抗的基本原理.详细分析了参考信号与被测信号频率偏差对测量结果的影响.提出了一种基于无感高精电阻的改进方案.改进的测量系统在一定的频率偏差范围内,可以减小频率偏差对测量结果的影响.最后,通过实验验证了这一方案的可行性.     

基于正交锁相放大器的风洞天平信号检测系统

为了提高六分量天平信号的检测精度和抗干扰能力,设计了一种基于正交锁相放大器的风洞天平信号检测系统,由电桥激励源、正交参考信号源、正交锁相放大器及A/D转换等模块电路组成。设计的正交参考信号源采用数字闭环反馈控制方式,有利于参考信号的实时监测与调整,在实测中有效实现激励信号±2.5V、参考信号为1V条件下幅度波动小于2%,正交锁相放大器用于实现六路电桥输出信号同参考信号的正交检波,并输出双路直流分量,经放大处理后转换为数字信号,由MCU计算得到各路电桥的实际输出信号值。经过测试分析,系统能够较准确地检测天平信号,且电桥检测信号有效分辨率约1μV,最大误差为2μV,准确度优于0.2%,有效验证了系统整体设计参数要求,并在实际测试中具有较大的抗干扰特效。     

基于法拉第调制的线偏振光旋转角检测技术

分析了基于法拉第调制的线偏振光旋转角检测技术的基本原理,证明输出信号基频分量的振幅与偏振面旋转角θ成正比,仿真发现基频分量远小于零频和二倍频分量,需采用锁相放大技术进行基频信号提取。实验采用ZF7玻璃和TG28晶体作为旋光介质,分别制作了标准旋转角产生装置和偏振面调制装置,并结合锁相放大器搭建偏振光旋转角检测系统。实验结果证明,当法拉第调制频率为1.45kHz、调制幅度为0.035rad时,该方法可以实现6.3×10-8rad的微小偏转角检测。     

运用于MEMS磁传感器的数字锁相放大器

文中研究了用于静电驱动-电磁感应敏感的MEMS磁传感器的数字锁相放大器电路.为了对该种传感器输出自调制的信号进行解调,基于ARM微控制器设计了一种无需相位调整的双路数字锁相放大器.在参考通道的设计中,将驱动传感器处于谐振状态的正弦信号转为矩形波信号.应用电路测试结果表明:传感器输出信号的非线性度达0.23％,迟滞性误差...     

从噪声环境中提取信号的数字锁相和平均法

本文叙述采取数字锁相和平均法的一种弱信号检测实验系统。系统由微计算机和接口电路组成,可对被调制的慢变化信号作同步检测。其同步移相控制由微处理器自动产生,相敏检波(PSD)的功能由V/F转换结构(VFC和计数门)来执行,低通滤波(LPF)的作用由计数器与实时平滑处理来实现。从而可恢复掩没在非相干噪声中的单次信号,并取得肯定的S/N改善。对重复信号,则可采取多次累加和事后平滑处理的办法来进一步抑制噪声、取得良好的检测结果。本文给出采用这一综合技术所获得的S/N改善的典型实验结果。     

几种锁相频率合成电路的设计

具有高稳定性和准确度的频率源已经成为科研生产的重要组成部分.高性能的频率源可通过频率合成技术获得,随着大规模集成电路的发展,锁相式频率合成技术占有越来越重要的地位.由一个或几个高稳定度、高准确度的参考频率源通过数字锁相频率合成技术可获得高品质的离散频率源.这几种电路都是通过锁相实现相位同步,并通过改变反馈回路中的分频比从而得到N倍的基准频率信号输出.测试结果表明,设计的样机具有良好的输出特性和调制特性,又具有很高的稳定度和准确性及极高的分辨率等优点.     

皮米量级微位移信号处理分辨力的光纤布拉格光栅探针系统

为了实现超高分辨力的微位移测量,建立了基于光纤布拉格光栅传感的高灵敏度探针系统,研究了静态锁相放大技术,用于检测小于纳米量级的微位移信号.根据光纤布拉格光栅传感原理,设计了高灵敏度的双光栅自补偿解调系统结构.基于信号特征研究了静态锁相放大技术,用于实时检测处理微弱测量信号.最后,通过探针系统的性能测试实验可获得灵敏度和...     

基于锁相放大原理的微弱信号检测装置的研制

为解决传统信号检测装置精度低、信噪比低的问题,研制了一种基于锁相放大原理的微弱信号检测装置。本装置是以超低功耗单片机MSP430为处理器,结合锁相放大原理实现的微弱信号监测装置,该装置包含加法器、纯电阻衰减网络、微弱信号检测电路及单片机控制显示和AD采样。本装置能将微弱信号从强噪声中检测出来,并通过液晶显示实时采样的幅值,且误差最高能达到1%以下,所能检测到的弱信号幅度能达到20mV以下,误差基本能达到要求指标。     

基于虚拟数字锁相放大的微弱电阻测量

小阻值的接插件广泛应用于各类精密电路中,具有重要的意义.精密插座和开关通流电流小、电阻低,测量时掺入了噪声,使得微弱的有用信号淹没在噪声中.为获取有用信号,该设计针对微弱接触电阻,以NI PCI-4462高精度数据采集板卡为硬件平台,进行高速数据同步采集;以LabVIEW为软件平台,设计了基于高频激励高速采样的虚拟数字锁相放大算法.文中对算法开展微弱信号分析,在小型拨动开关的阻值测量中得到了初步应用.     

基于固态自旋系综NV色心微波调制的磁传感技术研究（英文）

针对传统磁场检测设备分辨率低、测量精度低的现状,提出了一种基于金刚石NV色心微波频率调制进行磁检测的方法。通过频率调制方法,可以降低测量系统中低频噪音干扰,提高测量灵敏度。首先通过扫描微波频率得到ESR谱线,然后利用混合高频正弦调制信号进行频率调制,并使用锁相放大器对频率进行锁定,得到频率与光谱一阶导数成比例的信号。实验结果表明,磁场检测灵敏度可达17.628nT/Hz~(1/2)。该方法实现了高分辨率、高灵敏度的磁场检测。     

单片机控制的全数字锁相直流调速系统的研制

本文阐述了利用数字锁相原理应用于直流电动机速度控制上,实现了以８０３１单片机为基础构成的微机控制全数字锁相调速系统。提出并实现了三闭环（相位环,速度环,电流环）的变结构控制方案,并通过实验证明了该系统具有稳速精度高,控制方式简单等优点,还利用单片机实现了转速频率给定,晶闸管触发,三闭环ＰＩ算法,数字Ｍ／Ｔ测速及速度实时显示等功能。     

基于DSP的集成谐振式微悬臂梁便携式气体检测仪

针对集成谐振式微悬臂梁气体检测仪小型化的问题,利用DSP(数字信号处理)设计和实现了可快速现场检测的便携式气体检测仪。该仪器基于DSP28335开发,采用开环自动扫频与闭环锁相检测相结合的方式。闭环测试核心是软件锁相环的设计,其中采用DFT(离散傅里叶变换)算法提取相位差,提高了运算的速度和计算相位差的精度。软件设计跟踪算法使其能够一直跟踪频率变化,使锁相更快,精度更高。结合实验室研制的微悬臂梁传感器制备了便携式二甲苯气体检测仪,并对浓度低至30 ppm的二甲苯气体进行了实测,验证了该仪器具有快速的响应速度和检测重复性。     

氮、氯频段超再生核四极共振谱仪

原子核电四极矩共振(NQR)是研究固体结构的一个波谱学分支。检测NQR信号的方法有稳态和瞬态法,稳态法中的超再生谱仪由于具有较高的灵敏度以及结构简单而得到广泛的应用。超再生NQR谱仪的一般结构如图1所示。试样放置在超再生振荡器回路的电感线圈中,振荡回路的电容可由微动电机拖动以实现频率扫描,也可用变容管进行扫频。检测到的较强的NQR信号经放大后可直接由示波器观察。较弱的信号可由锁相放大器(由选放、相检波和积分器组成)从噪声中提取信号后送记录仪记录。为了检测NQR信号,必须对振荡器的频率进行调制,或者用磁场调制的方法。调制的作用是使核试样周期性满足共振条件,从而检出可供交流放大的信号。调制频率一般为几十赫至几百赫。这里采用32赫。     

调制频率抖动对相干检测的影响及消除算法

介绍了调制频率偏移抖动的起因,并分析了相干检测过程中由于调制频率偏移抖动所引起的误差,对模拟和数字相干调制和解调过程建立了数学模型。基于文中所建立的数学模型,确定了调制频率偏移抖动对模拟和数字相干调制和解调过程的影响,特别是其对离散采样过程的影响关系。最后,提出了一种基于模糊逻辑的隶属函数加权采样算法,并进行了实验。实验结果表明,使用隶属函数加权采样算法后,当调制频率偏移范围小于±9.2%时,相干检测的精度未受影响;而未使用隶属函数加权采样算法时,当调制频率偏移范围大于±3%时,相干检测的精度便会受到影响。结果还表明,调制频率偏移抖动对模拟和数字相干检测过程影响的数学模型在相干检测应用领域很有价值,提出的隶属函数加权采样算法能够有效地消除调制频率偏移对相干检测的影响,其效果已经在应用中得到了验证。     

基于锁相放大的蓄电池内阻测量系统的设计与实现

针对交流注入法测量蓄电池内阻信号小、易受噪声干扰精度不高的问题,利用锁相放大技术能够有效抑制系统的噪声,提取关联蓄电池内阻的微小信号。系统采用高精度平衡调制芯片AD630相敏检波功能实现微小信号的锁相放大,利用OP27设计有源四阶滤波器来滤除高频噪声和干扰提高系统检测的信噪比。对三组蓄电池内阻进行测量验证,实验数据表明本系统能够有效提高内阻测量精度。     

参考信号频率自调整的锁定放大器的设计应用

根据仪器用于野外,环境恶劣、工作电压不稳定及近红外光谱信号的特点,对传统的锁定放大电路进行改进,设计了实用的参考信号频率自调整的锁定放大电路,采用锁相技术使参考信号频率自调整保持与被测信号频率相位一致,并采用同步累积技术进一步提高信噪比,从而精确地从噪声中提取出光谱信号,达到了良好效果.     

基于STM32F407的AOTF光谱仪双通道信号检测系统

基于声光可调谐器件(AOTF)原理设计的近红外光谱仪的光电探测器检测到的有用光信号远远小于光源的噪声信号,在检测时容易被淹没在强噪声中。为了提高信号检测系统的信噪比,针对AOTF近红外光谱仪待测的微弱光信号,基于相关检测原理,以STM32F407为控制核心,以锁相放大电路为电路核心,设计了新型双通道信号检测系统。同时设计新型光源调制电路对光源进行交流调制,便于后级锁相检测。经过系统测试验证,该系统检测精度高、可以获得高质量的物质漫反射光谱图、系统稳定性高,可以应用在AOTF近红外光谱仪器中。